Το εσωτερικό «ρολόι» του ανθρώπινου εγκέφαλου. How your Brain Experiences Time

Πώς ο εγκέφαλός μας κρατά τον χρόνο των όσων κάνουμε. Researchers at the Kavli Institute for Systems Neuroscience have discovered a network of brain cells that express our sense of time within experiences and memories. The illustration shows the episodic time from the experience of a 4-hour-long ski trip up and down a steep mountain, including events that alter the skier’s perception of time. The idea is that experienced time is event-dependent and may be perceived as faster or slower than clock time. The newly discovered neural record of experienced time is in the lateral entorhinal cortex (LEC) in green. Next to the LEC is the MEC, the brain’s seat for space (not depicted). Next to the MEC is the hippocampus, the structure in which information from the time and space networks come together to form episodic memories. Infographic: Kolbjørn Skarpnes & Rita Elmkvist Nilsen

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος διαθέτει ένα εσωτερικό «ρολόι» το οποίο κρατά τον χρόνο των συμβάντων που βιώνουμε κατά τη διάρκεια της ημέρας καταγράφοντας τη χρονική σειρά που αυτά λαμβάνουν χώρα. Το εγκεφαλικό «όργανο» που μας επιτρέπει να τοποθετούμε σε χρονική αλληλουχία τις πρόσφατες αναμνήσεις των όσων κάνουμε είναι ένα δίκτυο νευρώνων που βρίσκεται στο δεξιό εγκεφαλικό ημισφαίριο, πολύ κοντά στην περιοχή που ρυθμίζει τις χωρικές μας εμπειρίες.

Professor Edvard Moser, Jørgen Sugar, a postdoc at the Kavli Institute, and Professor May-Britt Moser. The Kavli scientists believe that this discovery will bring us one leap closer to solving the challenge of brain diseases such as Alzheimer’s. The neural clock for subjective time serves a critical function in memory and learning, in our ability to organize experiences as a succession of events, and to form memories, to learn, and in the shaping of who we are. Photo: Erlend Lånke Solbu/Norwegian Broadcasting Corporation, NRK

Τη σημαντική αυτή ανακάλυψη έκανε μια ομάδα ερευνητών στο Ινστιτούτο Συστημάτων Νευροεπιστήμης της Νορβηγίας (Institute for Systems Neuroscience) το οποίο διευθύνει ο Εντβαρντ Μόζερ (Edvard Moser), διάσημος επιστήμονας του εγκεφάλου που το 2014 πήρε το βραβείο Νόμπελ Ιατρικής. Η έρευνα δημοσιεύτηκε πριν από μερικές ημέρες στο επιστημονικό περιοδικό «Nature».

«Οι έρευνές μας έδειξαν πώς ο ανθρώπινος νους καταφέρνει να αποδίδει ένα χρονικό νόημα σε κάθε γεγονός που βιώνει καθημερινά. Ωστόσο, το συγκεκριμένο νευρωνικό δίκτυο δεν μετρά κυριολεκτικά τον χρόνο: αυτό που μετρά είναι μάλλον ο υποκειμενικός χρόνος που προκύπτει από τη συνεχή ροή της εμπειρίας», όπως εξηγεί ο Albert Tsao, ένας από τους βασικούς πρωταγωνιστές αυτής της έρευνας.

Από τον εγκεφαλικό χάρτη στο εγκεφαλικό… ρολόι

Albert Tsao, who took his PhD from the Kavli Institute and was supervised by the Mosers. Tsao is now postdoc at Stanford University. Photo: Private

Τη συγκεκριμένη έρευνα εμπνεύστηκε ο Albert Tsao από τις προηγούμενες μελέτες του ζεύγους Έντβαρντ και Μέι-Μπριτ Μόζερ, οι οποίοι πριν από μερικά χρόνια είχαν ανακαλύψει, στο ίδιο Ινστιτούτο της Νορβηγίας, το νευρωνικό δίκτυο που εμπλέκεται στη δημιουργία από τον εγκέφαλό μας του χωρικού χάρτη των αντικειμένων που μας περιβάλλουν. Και για την ανακάλυψη του εγκεφαλικού GPS κέρδισαν το 2014 το βραβείο Νόμπελ για την Ιατρική και τη Φυσιολογία.

Πράγματι, το Νόμπελ για το έτος 2014 απονεμήθηκε στην ανακάλυψη του εγκεφαλικού συστήματος που μας επιτρέπει να προσανατολιζόμαστε στον χώρο, ένα είδος συστήματος πλοήγησης που, για όσους αρέσκονται σε τεχνολογικές μεταφορές, θα μπορούσε κάλλιστα να περιγραφεί ως «εγκεφαλικό GPS».

Το βραβείο μοιράστηκαν από κοινού τρεις πρωτοπόροι ερευνητές του εγκεφάλου, ο Τζον Ο’Κιφ, διάσημος Αμερικανοβρετανός νευροψυχολόγος, και το ζεύγος Μόζερ, αμφότεροι Νορβηγοί νευροεπιστήμονες. Χάρη στις πρωτοποριακές έρευνές τους αυτοί οι τρεις επιστήμονες ανακάλυψαν όχι μόνο το πώς καταφέρνει ο εγκέφαλός μας να εντοπίζει τη θέση μας στον χώρο, αλλά και πώς «πλοηγεί» το σώμα μας μέσα σ’ αυτόν.

Οι ανακαλύψεις τους, λοιπόν, «έλυσαν ένα πρόβλημα που απασχολούσε επί αιώνες τους φιλοσόφους και τους επιστήμονες: πώς δημιουργεί ο εγκέφαλος έναν χάρτη του χώρου που μας περιβάλλει και πώς βρίσκουμε τον δρόμο μας σε ένα περίπλοκο περιβάλλον», σύμφωνα με την επίσημη ανακοίνωση της επιτροπής των Νόμπελ.

Η έμπνευση για την πρόσφατη έρευνα ήταν οι μελέτες του ζεύγους Μόζερ. Ο Albert Tsao, ερευνητής στο Ινστιτούτο της Νορβηγίας όπου έκανε το διδακτορικό του, πρότεινε να διερευνήσουν τι ακριβώς συμβαίνει στην περιοχή που ονομάζεται πλευρικός ενδορινικός φλοιός (Lateral Entorhinal Cortex, LEC), μια περιοχή που γειτονεύει με την περιοχή του ενδορινικού φλοιού όπου βρίσκεται το εγκεφαλικό GPS που ανακάλυψαν οι δάσκαλοί του οι Μόζερ.

Στην αρχή οι ερευνητές δεν μπορούσαν να καταλάβουν τι συμβαίνει. «Το νευρικό σήμα άλλαζε συνεχώς, οι δραστηριότητες αυτών των νευρώνων δεν φαίνονταν να ακολουθούν ένα σταθερό σχήμα. Πριν από δύο χρόνια, όμως, αρχίσαμε να υποψιαζόμαστε ότι το σήμα των νευρώνων άλλαζε διαρκώς επειδή ακολουθούσε το πέρασμα του χρόνου. Από αυτή τη στιγμή και ύστερα, τα περίεργα δεδομένα απέκτησαν νόημα», διηγείται ο Μόζερ.

Marco the rat chasing bits of chocolate during a test. Photo: Erlend Lånke Solbu/Norwegian Broadcasting Corporation, NRK

Για να ελέγξουν οι ερευνητές την τολμηρή υπόθεση, ότι το συγκεκριμένο δίκτυο νευρώνων στον πλευρικό ενδορινικό φλοιό χρησίμευε για τη χρονική διευθέτηση των συμβάντων και των αναμνήσεών τους, κατέγραφαν την εγκεφαλική λειτουργία πολλών ποντικών που εκτελούσαν κάποιες εργασίες. Έτσι διαπίστωσαν ότι, παρακολουθώντας το καταγεγραμμένο νευρικό «σήμα του χρόνου», μπορούσαν να χαράσσουν την πορεία των όσων συνέβησαν στις δύο ώρες που συνήθως διαρκούσε το πείραμα!

The recorded data from the repetitive tasks of the figure-8 maze show that the rat’s encoding of time relative to each lap time (left or right turn) improved, while time coding across laps were overlapping and thus reduced. Illustration: Albert Tsao

«Η έρευνα δείχνει σαφώς ότι κάθε φορά που αλλάζουμε τη δραστηριότητα που εκτελούμε, αλλάζουμε επίσης την πορεία του νευρωνικού σήματος-χρόνος μέσα στον πλευρικό ενδορινικό φλοιό και άρα τον τρόπο που αντιλαμβανόμαστε τον χρόνο».

Ωστόσο, η συγκεκριμένη έρευνα φαίνεται να φωτίζει και ένα άλλο πανάρχαιο φιλοσοφικό-επιστημονικό ερώτημα: «Ο χρόνος που βιώνουμε με τον νου μας είναι γραμμικός ή κυκλικός; Τα δεδομένα που προκύπτουν από την έρευνά μας», υποστηρίζει ο Μόζερ, «δείχνουν ότι και τα δύο μοντέλα είναι σωστά και ότι το εγκεφαλικό σήμα του χρόνου μπορεί να παίρνει διαφορετικές μορφές ανάλογα με την εμπειρία».

Πηγές:  Integrating time from experience in the lateral entorhinal cortex. Nature 30 August 2018. Albert Tsao, Jørgen Sugar, Li Lu, Cheng Wang, James J. Knierim, May-Britt Moser, Edvard I. Moser. Kavli Institute for Systems Neuroscience and Centre for Neural Computation, NTNU, Trondheim, Norway - https://www.ntnu.edu/how-your-brain-experiences-time - http://www.efsyn.gr/arthro/pos-o-egkefalos-mas-krata-ton-hrono-ton-oson-kanoyme